한국뇌연구원 천무경 박사의 치매연구그룹은 뇌의 아밀로이드 베타 증가가 콜레스테롤 합성을 유도한다는 사실을 확인했다고 4일 밝혔다.
천 박사 연구팀은 인공지능(AI)을 활용한 생체정보(오믹스) 데이터 분석을 통해 이 같은 사실을 밝혔다는 설명이다.
아밀로이드 베타는 치매 원인 단백질로 알려져 있다. 정상인 뇌 속에서 과도하게 많아지면 미세아교세포 등에 의해 제거된다.
콜레스테롤은 세포막을 구성하고 막의 유동성을 조절하며, 체내 항상성 유지를 위해 혈액 내 일정 수준으로 유지돼야 한다. 정상적 과정 미 진행시 체내에 병리적 이상이 발생한다.
연구팀은 알츠하이머 질환이 유발된 쥐의 대뇌피질 조직 데이터를 GAN (Generative Adversarial Networks, 생성적 적대 연결망)이라는 인공지능으로 분석했다.
GAN은 생성자(Generator)와 구분자(Discriminator) 간 경쟁을 통해 데이터를 생성하고 학습해 실제에 가까운 가짜를 만들어내는 알고리즘이다.
연구팀은 GAN을 이용해 정상 마우스에서 치매 유전자 발현을 시뮬레이션하고, 정상형(Wild-type)에서 치매 단계로 진행될 때 유전자 발현의 변화과정을 관찰했다.
분석 결과 아밀로이드 베타가 증가하면서 콜레스테롤 합성을 초기에 유도한다는 사실을 발견했다. 또 인간 사후 뇌 조직에서도 관련성을 확인했다.
아밀로이드 베타의 증가가 콜레스테롤 합성의 시그널 역할을 하며, 두 과정이 상호작용하면서 시냅스 형성 및 시냅스 가소성에 관여할 수 있는 가능성을 의미한다는 설명이다.
더불어 이 같은 방법이 지속적으로 확대될 경우 오믹스 데이터 축적 시 샘플 획득에 시간이 많이 소요되던 기존 뇌질환 및 노화 관련 분석의 한계를 극복할 수 있을 것이라는 기대다.
천 박사는 "이번 연구는 RNA 전사체 분석에 AI를 융합하는 독특한 연구기법을 사용한 것"이라며 "연구자들에게 보다 체계화된 해석 및 실험을 위한 디자인을 제공하고, 의료 산업계에는 질병 초기에 일어나는 생체 내 변화를 예측하는 새로운 접근법을 제시했다는 데 의의가 있다"고 했다.
<논문> Park J, Kim H, Kim J, Cheon M. A practical application of generative adversarial networks for RNA-seq analysis to predict the molecular progress of Alzheimer's disease [published online ahead of print, 2020 Jul 24]. PLoS Comput Biol. 2020;16(7):e1008099. doi:10.1371/journal.pcbi.1008099
